KR100768728B1 - Control of switched reluctance machines - Google Patents

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KR100768728B1
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스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드
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Abstract

A polyphase switched reluctance machine controlled by a control system using sensorless position detection. The controller is robust and reliable and operates over the entire speed range of the machine. In the chopping mode. diagnostic pulses of predetermined flux linkage are injected into an idle phase. In the single-pulse mode, position prediction is done using an active phase. A method of starting the machine uses diagnostic pulses in two phases to provide a unique value for position, allowing the drive to start or re-start under full torque. <IMAGE>

Description

스위치드 자기저항 머신과 그 제어 방법{CONTROL OF SWITCHED RELUCTANCE MACHINES}Switched magnetoresistive machine and its control method {CONTROL OF SWITCHED RELUCTANCE MACHINES}

도 1은 스위치드 자기저항 구동기 시스템의 기본 소자를 나타내는 도면.1 illustrates the basic elements of a switched magnetoresistive driver system.

도 2는 고정자폴에 접근하는 회전자폴의 개략도.2 is a schematic view of a rotor pole approaching the stator pole.

도 3은 도 1의 머신의 위상 권선의 여자를 제어하는 전력 변환기에서의 통상적인 스위칭 회로를 나타내는 도면. 3 shows a conventional switching circuit in a power converter controlling the excitation of the phase windings of the machine of FIG.

도 4a 및 4b는 쵸핑 및 단일 펄스 모드 각각에서 동작하는 스위치드 자기저항 구동기의 통상의 전류 파형을 나타내는 도면.4A and 4B show typical current waveforms of a switched magnetoresistive driver operating in chopping and single pulse modes, respectively.

도 5는 본 발명에 따른 스위치드 자기저항 구동기 시스템의 개략도. 5 is a schematic diagram of a switched magnetoresistive driver system according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 저속 모드에서 동작하는 머신의 이상적인 인덕턴스 프로파일, 여기 영역 및 진단 영역을 나타낸 도면. 6 shows an ideal inductance profile, excitation area and diagnostic area of a machine operating in a low speed mode according to the invention.

도 7은 본 발명에 따른 고속 모드에서 동작하는 머신에 대한 이상적인 인덕턴스 프로파일 및 가능한 기준각 위치를 나타낸 도면.7 shows an ideal inductance profile and possible reference angle positions for a machine operating in a high speed mode according to the invention.

도 8은 본 발명에 따른 시동 동안 판정된 위치를 나타낸 도면. 8 shows a position determined during startup according to the invention.

도 9는 본 발명의 동작에 따른 흐름도. 9 is a flow chart in accordance with the operation of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

42 : 자기저항 머신42: magnetoresistance machine

44 : 회전자44: rotor

46 : 고정자46: stator

48 : 위상 권선48: phase winding

50 : 스위치 장치50: switch device

56 : 전류 감지 소자56: current sensing element

본 발명은 스위치드 자기저항 머신의 제어에 관한 것으로서, 특히 회전자 위치를 측정하기 위한 감지기 없이 동작하는 스위치드 자기저항 머신에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the control of a switched magnetoresistive machine, and more particularly to a switched magnetoresistive machine operating without a sensor for measuring rotor position.

일반적으로, 자기저항 머신은 그 이동 가능한 부분이 자기 회로의 자기저항이 최소로 되는, 즉 여기(exciting) 권선의 인덕턴스가 최대로 되는 위치로 이동함으로써 토크가 발생하는 전기 머신이다. 이러한 자기저항 머신 중 어떤 유형의 자기저항 머신에는 회전자의 각위치(angular position)를 검출하고 위상 권선을 회전자 위치의 함수로서 여자(energize)시키기 위한 회로가 설치된다. 이것이 스위치드 자기저항 머신으로 일반적으로 알려져 있는 것이며, 모터(전동기) 또는 발전기로서 사용될 수 있다. 이러한 스위치드 자기저항 머신의 특징은 공지되어 있으며, 예컨대, 1993년 6월 21-24일에 Nurnberg 의 PCIM'93 에서 스테펜슨과 블레이크(Stephenson and Blake)에 의한 「The characteristics, design and application of switched reluctance motors and drives」에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 인용한다. 상기 인용문헌에는 위상 권선들의 특징인 순환적으로 변하는 인덕턴스를 함께 발생시키는 스위치드 자기저항 머신의 특징에 대해 약간 상세하게 개시되어 있다. In general, a magnetoresistive machine is an electric machine whose torque is generated by moving the movable portion to a position where the magnetic resistance of the magnetic circuit is at a minimum, i.e., the inductance of the excitation winding is at its maximum. Some types of magnetoresistive machines are equipped with circuitry for detecting the angular position of the rotor and for energizing the phase windings as a function of the rotor position. This is commonly known as switched magnetoresistive machines and can be used as a motor (motor) or as a generator. The characteristics of such switched magneto-resistive machines are known, for example, The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance by Stephenson and Blake at Nurimberg's PCIM'93, June 21-24, 1993. motors and drives , the disclosure of which is incorporated herein by reference. The cited document discloses in some detail the features of a switched magnetoresistive machine which together produce a cyclically varying inductance which is characteristic of the phase windings.

도 1은 통상적인 스위치드 자기저항 구동 시스템의 기본 소자가 도시되어 있다. 입력 DC 전원 공급기(11)는 배터리이거나 또는 정류되고 필터링된 AC 전원 공급기가 될 수 있으며, 그 크기가 고정된 것이거나 가변적인 것이 될 수 있다. 일부 공지된 구동기에 있어서, 이 전원 공급기(11)는 전압 스위치의 제로(0) 전압 스위칭을 허용하도록 하는 제로값과 소정값 사이에서 급격하는 변하는 DC 전압을 발생시키는 공진 회로를 포함한다. 전원 공급기(11)에 의해 발생된 DC 전압은 전자 제어 유닛(14)의 제어하에서 전압 변환기(13)에 의해 모터(12)의 위상 권선(16)의 양단에서 스위칭된다. 이 스위칭은 구동기의 적절한 동작을 위해 회전자의 회전각에 정확하게 동기되어야 한다. 회전자 위치 검출기(15)는 회전자의 각위치를 나타내는 신호를 제공하도록 채택되는 것이 일반적이다. 이 회전자 위치 검출기(15)의 출력은 속도 피드백 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 1 illustrates the basic elements of a conventional switched magnetoresistive drive system. The input DC power supply 11 can be a battery or a rectified and filtered AC power supply, which can be fixed or variable in size. In some known drivers, this power supply 11 comprises a resonant circuit which generates a rapidly varying DC voltage between a zero value and a predetermined value to allow zero voltage switching of the voltage switch. The DC voltage generated by the power supply 11 is switched across the phase winding 16 of the motor 12 by the voltage converter 13 under the control of the electronic control unit 14. This switching must be accurately synchronized to the rotational angle of the rotor for proper operation of the driver. The rotor position detector 15 is generally adapted to provide a signal indicative of the angular position of the rotor. The output of this rotor position detector 15 can be used to generate a speed feedback signal.

회전자 위치 검출기(15)는 많은 형태를 취할 수 있는데, 예를 들면 도 1에 개략적으로 도시된 하드웨어 형태가 될 수도 있다. 일부 시스템에 있어서, 회전자 위치 검출기(15)는 전압 변환기(13)에서 소자의 상이한 스위칭 구조가 필요한 위치로 회전자가 회전할 때마다 상태를 변경시키는 출력 신호를 제공하는 회전자 위치 트랜스듀서를 구비할 수 있다. 그외 다른 시스템에 있어서, 회전자 위치 검출기는 구동 시스템의 모니터링된 다른 인자로부터 위치를 연산 또는 측정하는 소프트웨어 알고리즘이 될 수도 있다. 이들 시스템은 이들이 위치를 측정하는 회전자와 관련된 물리적 트랜스듀서를 사용하지 않기 때문에 "감지기 없는 위치 검출 시스템"이라고 불리기도 한다. 이 기술분야에서 공지된 바와 같이, 많은 여러가지 방법들이 신뢰성 있는 무센서 시스템에 대한 요청에 의해 제안되어 왔다. 이들중 일부를 이하에 설명한다. The rotor position detector 15 may take many forms, for example, may be in the form of hardware schematically shown in FIG. In some systems, the rotor position detector 15 has a rotor position transducer that provides an output signal that changes state each time the rotor rotates to the position where the device requires a different switching structure of the device in the voltage converter 13. can do. In other systems, the rotor position detector may be a software algorithm that calculates or measures position from other monitored factors of the drive system. These systems are sometimes referred to as "sensorless position detection systems" because they do not use physical transducers associated with the rotor to measure the position. As is known in the art, many different methods have been proposed by the request for reliable sensorless systems. Some of these are described below.

스위치드 자기저항 머신에서의 위상 권선의 여자는 고정자에 대한 회전자의 각위치의 검출에 의존한다. 이것은 도 2 및 3을 참고로하여 설명될 것이며, 여기서는 모터로서 동작하는 자기저항 머신의 스위칭을 도시하고 있다. 도 2는 화살표(22)에 따라 고정자(25)의 고정자폴(21)에 접근하는 회전자폴(20)이 있는 회전자(24)를 도시하고 있다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 완전한 위상 권선(16)의 부분(23)은 고정자폴(21)의 둘레에 감긴다. 고정자폴(21)의 둘레에 있는 위상 권선(16)의 부분(23)이 여자되면, 힘이 회전자에 가해져, 회전자폴(20)을 고정자폴(21)과 정렬되도록 할 것이다. 도 3은 고정자폴(21) 둘레의 부분(23)을 포함하여 위상 권선(16)의 여자를 제어하는 전력 변환기(13) 내의 통상적인 스위칭 회로를 나타내고 있다. 스위치(31, 32)가 폐쇄되면, 위상 권선은 DC 전력원에 결합되어 전원이 공급된다. 라미네이션 형태, 권선 토폴로지 및 스위칭 회로의 많은 다른 구조는 이 기술분야에서 공지되어 있으며, 이들중 일부는 상기 언급된 스테펜슨 및 블레이크의 문헌에서 논의되었다. 스위치드 자기저항 머신의 위상 권선이 상기 기술된 방식으로 여자되면, 자기 회로에서의 자속에 의해 설정된 자기장이 외력을 발생시켜, 상기 기술된 바와 같이, 회전자폴과 고정자폴을 정렬시키게 된다. The excitation of the phase windings in a switched magnetoresistance machine depends on the detection of the angular position of the rotor with respect to the stator. This will be explained with reference to FIGS. 2 and 3, which shows the switching of a magnetoresistive machine operating as a motor. 2 shows the rotor 24 with the rotor pole 20 approaching the stator pole 21 of the stator 25 according to the arrow 22. As shown in FIGS. 2 and 3, the portion 23 of the complete phase winding 16 is wound around the stator pole 21. When the portion 23 of the phase winding 16 around the stator poles 21 is excited, a force will be applied to the rotor to align the rotor poles 20 with the stator poles 21. FIG. 3 shows a typical switching circuit in the power converter 13 that includes the part 23 around the stator pole 21 to control the excitation of the phase winding 16. When the switches 31 and 32 are closed, the phase windings are coupled to a DC power source to supply power. Lamination forms, winding topologies, and many other structures of switching circuits are known in the art, some of which have been discussed in the above-mentioned Stefanson and Blake literature. When the phase windings of the switched magnetoresistive machine are excited in the manner described above, the magnetic field set by the magnetic flux in the magnetic circuit generates an external force, which aligns the rotor poles with the stator poles as described above.

일반적으로, 위상 권선은 다음과 같이 회전자의 회전에 영향을 미치도록 여자된다. 회전자의 제1 각위치("턴온 각" ΘON)에서, 제어기(14)는 2개의 스위칭 소자(31, 32)를 모두 턴온시키도록 스위칭 신호를 제공한다. 스위칭 소자(31, 32)가 턴온되면, 위상 권선은 DC 버스에 결합되어, 증가하는 자속이 머신 내에 설정된다. 이 자속은 회전자폴 상에서 모터링 토크를 발생시키도록 하는 에어갭에 자기장을 발생시킨다. 머신 내의 자속은 스위치(31, 32)와 위상 권선(16)을 통해 DC 전원 공급기로부터의 전류에 의해 제공되는 기자력(mmf)에 의해 유지된다. 전류 피드백이 통상적으로 채택되고, 위상 전류의 크기는 스위칭 소자(31 및/또는 32)의 턴온 및 턴오프가 신속히 스위칭됨으로써 전류의 쵸핑에 의해 제어된다. 도 4a는 전류가 2개의 고정 레벨 사이에서 쵸핑되는 쵸핑 동작 모드에서의 통상적인 전류 파형을 나타낸다. 모터링 동작에 있어서, 턴온 각 ΘON 은 회전자상의 극자간 공간의 중심선이 고정자폴의 중심선과 정렬되는 회전자 위치로 선택되는 경우도 있다. 하지만 기타 다른 각이 될 수도 있다. In general, the phase windings are excited to affect the rotation of the rotor as follows. At the first angular position of the rotor (“turn on angle” Θ ON ), the controller 14 provides a switching signal to turn on both switching elements 31, 32. When the switching elements 31 and 32 are turned on, the phase windings are coupled to the DC bus so that increasing magnetic flux is set in the machine. This magnetic flux generates a magnetic field in the air gap that causes the motor to generate torque on the rotor poles. The magnetic flux in the machine is maintained by the magnetic force (mmf) provided by the current from the DC power supply via the switches 31 and 32 and the phase windings 16. Current feedback is conventionally employed and the magnitude of the phase current is controlled by the chopping of the current by quickly switching on and off the switching elements 31 and / or 32. 4A shows a typical current waveform in chopping mode of operation in which current is chopped between two fixed levels. In the motoring operation, the turn-on angle Θ ON is sometimes selected as the rotor position where the center line of the interpole space on the rotor is aligned with the center line of the stator pole. But it can be any other angle.

많은 시스템에 있어서, 위상 권선은 회전자가 회전하여 소위 "프리휠 각 (freewheeling angle)" ΘFW 에 도달할 때까지 DC 버스에의 접속(또는 쵸핑이 사용되었다면 단속적으로 접속)을 유지한다. 회전자가 프리휠 각에 대응하는 각위치(예컨대, 도 2에 도시된 위치)에 도달하면, 스위칭 중 하나, 예컨대 스위치(31)는 턴오프된다. 결론적으로, 위상 권선을 통해 흐르는 전류는 계속해서 흐르게 되고, 스위치들 중 하나(이 예에서는 스위치 32)만을 통해 흐르거나 다이오드들(33/34) 중 하나(이 예에서는 다이오드 34)만을 통해 흐르게 될 것이다. 프리휠 주기 동안, 위상 권선 양단의 전압 강하는 작고, 자속은 실질적으로 일정하게 유지된다. 회전자가 "턴오프 각(turn-off angle)" ΘOFF 으로 알려진 각위치(예컨대, 회전자폴의 중심선이 고정자폴의 중심선과 정렬하는 위치)에서 회전할 때까지 회로는 이 프리휠 상태를 유지한다. 회전자가 턴오프 각에 도달하면, 스위치(31, 32)는 모두 턴오프되고, 위상 권선(23)에서의 전류는 다이오드(33, 34)를 통해 흐르기 시작한다. 이어서, 다이오드(33, 34)는 DC 버스로부터의 DC 전압을 반대로 인가하여, 머신 내의 자속(즉, 위상 전류)을 감소시키게 된다. 다른 스위칭 각과 다른 전류 제어 구성을 이용하는 것은 이 기술분야에 공지되어 있다. In many systems, the phase windings maintain a connection to the DC bus (or intermittently if chopping is used) until the rotor rotates to reach the so-called "freewheeling angle" Θ FW . When the rotor reaches an angular position corresponding to the freewheel angle (e.g., the position shown in Figure 2), one of the switching, e.g. switch 31, is turned off. In conclusion, the current flowing through the phase winding will continue to flow, either through only one of the switches (in this example switch 32) or through only one of the diodes 33/34 (in this example diode 34). will be. During the freewheel period, the voltage drop across the phase windings is small and the magnetic flux remains substantially constant. The circuit remains in this freewheel until the rotor rotates at an angular position known as the "turn-off angle" Θ OFF (eg, where the center line of the rotor poles aligns with the center line of the stator poles). . When the rotor reaches the turn off angle, the switches 31 and 32 are both turned off and the current in the phase winding 23 begins to flow through the diodes 33 and 34. The diodes 33 and 34 then reversely apply the DC voltage from the DC bus, reducing the magnetic flux (ie, phase current) in the machine. It is known in the art to use other switching angles and other current control configurations.

머신의 속도가 상승함에 따라, 전류를 쵸핑 레벨까지 상승시키기 위한 시간은 부족하게 되고, 구동기는 정상적으로는 "단일 펄스" 동작 모드에서 동작하게 된다. 이 모드에서, 턴온, 프리휠 및 턴오프 각은 예컨대, 속도 및 부하 토크의 함수로서 선택된다. 일부 시스템은 프리휠 각 주기를 사용하지 않는다. 즉, 스위치(31, 32)는 동시에 온 및 오프된다. 도 4b는 프리휠 각이 제로인 통상적인 단일 펄스 전류 파형을 나타낸다. 턴온, 프리휠 및 턴오프 각의 값들을 미리 정하고 일부 적절한 포맷으로 저장하여 제어 시스템이 필요로 할 때 불러내거나, 실시간으로 연산 또는 도출할 수 있다는 것은 공지되어 있다.As the speed of the machine rises, the time for raising the current to the chopping level becomes short, and the driver normally operates in the "single-pulse" operating mode. In this mode, the turn on, freewheel and turn off angles are selected as a function of speed and load torque, for example. Some systems do not use the freewheel angular period. That is, the switches 31 and 32 are turned on and off at the same time. 4B shows a typical single pulse current waveform with a freewheel angle of zero. It is known that the values of the turn-on, freewheel and turn-off angles can be predefined and stored in some suitable format for recall, calculation or derivation in real time as required by the control system.

무센서 위치 검출 시스템은 스위치드 자기저항 머신의 완전한 능력이 실현된다면 쵸핑 및 단일 펄스 동작 모드에서 회전자 위치 신호를 제공할 수 있다는 것이 실현될 것이다. 많은 무센서 시스템이 제안되었지만, 이들은 하나의 동작 모드에 한정되거나 시스템의 동작상에 심각한 제한이 생기기 쉽다. 이상적인 위상에서의 진단 펄스를 이용한 한가지 제안된 방법은 1990년 7월 17-19일, 런던에서, Proc PEVD Conf. IEE Pub'n NO 324, pp 249-252 에, Mvungi 등에 의한 「A new sensorless position detector for SR drives」 에 개시되어 있다. 이 방법은 전류의 상승 및 하강 시간이 전체 여기 사이클에 비해 비교적 짧은 쵸핑 모드에서는 성공적이었다. 이 인용문헌은 고속(예컨대, 단일 펄스) 동작을 위해서는 다른 방법이 필요하다는 것을 인정하고 있다. It will be realized that the sensorless position detection system can provide the rotor position signal in chopping and single pulse operating modes if the full capability of the switched magnetoresistive machine is realized. Although many sensorless systems have been proposed, they are likely to be limited to one mode of operation or to severely limit the operation of the system. One proposed method using diagnostic pulses in an ideal phase is described in Proc PEVD Conf. IEE Pub'n NO 324, pp 249-252 is disclosed in A new sensorless position detector for SR drives by Mvungi et al. This method was successful in chopping mode, where the rise and fall times of current were relatively short compared to the entire excitation cycle. This citation acknowledges that other methods are required for high speed (eg, single pulse) operation.

고속 동작을 위한 방법은 회전자 위치의 예측에 앞서 자속 및 전류 측정 방법을 개시하고 있는 (레이(Ray) 에 의한) 유럽 특허 공개 EP-A-0573198호에 예시되어 있다. 많은 다른 무센서 위치 검출 시스템은 레이(Ray) 등에 의한 1993년 9월, UK Brighton 에서의 Proc EPE'93 Conference Vol 6, pp 7-13 의 「Sensorless method determining the rotor position of switched reluctance motors」에 검토 및 분류되어 있으며, 이들 방법들중 어느 것도 모든 동작 범위에 대한 동작을 전체적으로 만족시키는 것이 없다는 결론을 내리고 있다. The method for high speed operation is illustrated in EP-A-0573198 (by Ray) which discloses a method of measuring magnetic flux and current prior to the prediction of the rotor position. Many other sensorless position detection systems are reviewed by Ray et al. In September 1993, Sensorless method determining the rotor position of switched reluctance motors , Proc EPE'93 Conference Vol 6, pp 7-13, UK Brighton. And that none of these methods totally satisfy the operation for all operating ranges.

본 발명은 감지기 없이 위치를 검출하는 제어 시스템에 의해 제어되는 다상 스위치드 자기저항 머신과, 회전자, 고정자 및 하나 이상의 위상을 갖는 여자 가능한 권선을 구비하는 다상 스위치드 자기저항 머신에서 회전자 위치를 판정하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명에 의하면 안정성과 신뢰성이 있으며 머신의 전체 속도 범위에서 동작하는 스위치드 자기저항 머신을 제공할 수 있다. The present invention relates to a multiphase switched magnetoresistive machine controlled by a control system for detecting position without a detector, and to determine the rotor position in a multiphase switched magnetoresistive machine having a rotor, stator and an excitable winding having one or more phases. Its purpose is to provide a method. According to the present invention, it is possible to provide a switched magnetoresistive machine which is stable and reliable and operates over the entire speed range of the machine.

본 발명에 따라, 회전자, 고정자 및 하나 이상의 위상을 갖는 여자 가능한 권선을 구비하는 다상 스위치드 자기저항 머신에서 회전자 위치를 판정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 미리 결정된 쇄교 자속의 제1 진단 펄스를 상기 2상 이상의 여자 가능한 위상 권선 중 하나의 위상 권선에 인가하는 단계와; 상기 제1 진단 펄스의 인가와 실질적으로 동시에 미리 결정된 쇄교 자속의 제2 진단 펄스를 상기 2상 이상이 여자 가능한 위상 권선들 중 다른 권선에 인가하는 단계와; 상기 제1 진단 펄스로부터 검출된 특성으로부터 가능한 제1 회전자 위치들을 판정하는 단계와; 상기 제2 진단 펄스로부터 검출된 특성으로부터 가능한 제2 회전자 위치들을 판정하는 단계와; 상기 가능한 제1 회전자 위치와 제2 회전자 위치를 비교하여 회전자 위치의 모호성을 해소하는 단계를 포함한다. According to the present invention, a method is provided for determining rotor position in a multiphase switched magnetoresistive machine having a rotor, a stator and an excitable winding having one or more phases. The method includes applying a first diagnostic pulse of a predetermined linkage flux to a phase winding of one of the two or more excitable phase windings; Applying a second diagnostic pulse of a predetermined linkage flux to another of the phase windings in which the two or more phases are excitable substantially simultaneously with the application of the first diagnostic pulse; Determining possible first rotor positions from the characteristic detected from the first diagnostic pulse; Determining possible second rotor positions from the characteristic detected from the second diagnostic pulse; Comparing the possible first rotor position with the second rotor position to resolve the ambiguity of the rotor position.

본 발명은 위상 인덕턴스 사이클에서의 한 점이 이 사이클의 한 쪽 끝에 더 가까이 있는지 다른 쪽 끝에 더 가까이 있는지에 대한 모호성을, 이러한 한 쌍의 진단 펄스를 개개의 위상에서 비교함으로써 해소할 수 있다는 사실을 이용하는 것이 유용하다. 이 사이클 내에는 양 진단 펄스로부터 검출된 특성이 일치하는 점이 한 개만 있을 것이다.The present invention takes advantage of the fact that the ambiguity of whether a point in a phase inductance cycle is closer to one end of the cycle or closer to the other end can be solved by comparing these pairs of diagnostic pulses in individual phases. Is useful. There will only be one point in this cycle that the characteristics detected from both diagnostic pulses coincide.

검출된 특성은 권선 내의 전류인 것이 바람직하다. 회전자 위치의 가능한 값은 룩-업(look-up) 테이블에 저장될 수 있다. 대칭 관계는 대칭성을 갖는 머신에서 모터링 동작 모드와 발전(發電) 동작 모드 사이에 존재하기 때문에, 그 자기 특성에 있어서, 단지 한 세트의 값들만이 양 동작 모드를 만족시키도록 저장될 필요가 있다. 보호성의 해소는 나타내어진 회전자 위치들을 비교하여, 상기 검출된 특성에서 공통으로 나타난 하나의 회전자 위치를 선택함으로써 달성된다.The detected characteristic is preferably the current in the winding. Possible values of the rotor position can be stored in a look-up table. Since the symmetry relationship exists between the motoring mode and the generating mode of operation in a symmetrical machine, in its magnetic properties only one set of values needs to be stored to satisfy both modes of operation. . Relief of protection is achieved by comparing the indicated rotor positions and selecting one rotor position which is common in the detected properties.

본 발명은 머신의 시동 시에, 또는 구동되는 동안 회전자 위치를 놓친 경우에 이용될 수 있다. 후자의 경우(즉, 구동되는 동안 회전자 위치를 놓친 경우), 위치의 오류 계산을 피하기 위해 전류 또는 자속의 감쇠가 실질적으로 제로로 되는 것을 허용하는 것이 바람직하다. The invention can be used when the rotor position is missed at start up of the machine or while being driven. In the latter case (i.e., if the rotor position is missed during driving), it is desirable to allow the attenuation of the current or magnetic flux to be substantially zero in order to avoid error calculation of the position.

본 발명은 또한, 회전자, 고정자, 복수의 여자 가능한 권선, 상기 복수의 위상을 여자시키도록 구동 가능한 스위치 수단, 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 위치를 유도하는 위치 검출 수단 및 회전자 위치에 따라 상기 스위치 수단을 구동시키는 수단을 구비하는 스위치드 자기저항 구동기에 있어서, 상기 위치 검출 수단은, 미리 결정된 쇄교 자속의 제1 진단 펄스를 상기 복수의 위상 중 하나의 위상에 인가하는 수단과; 상기 제1 진단 펄스의 인가와 실질적으로 동시에 미리 결정된 쇄교 자속의 제2 진단 펄스를 상기 복수의 위상 중 다른 위상에 인가하는 수단과; 상기 제1 진단 펄스의 특성으로부터 가능한 제1 회전자 위치를 판정하고, 상기 제2 진단 펄스의 특성으로부터 가능한 제2 회전자 위치를 판정하는 수단과; 상기 제1 및 제2 회전자 위치를 분석하여 회전자 위치의 모호성을 해소시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. The invention also relates to a rotor, a stator, a plurality of excitable windings, switch means operable to excite the plurality of phases, position detection means for inducing the position of the rotor relative to the stator and the rotor position. A switched magnetoresistive driver comprising means for driving said switch means, said position detecting means comprising: means for applying a first diagnostic pulse of a predetermined linkage flux to one of said plurality of phases; Means for applying a second diagnostic pulse of a predetermined linkage flux to another one of said plurality of phases substantially simultaneously with the application of said first diagnostic pulse; Means for determining a possible first rotor position from the characteristic of the first diagnostic pulse and determining a possible second rotor position from the characteristic of the second diagnostic pulse; And means for resolving ambiguity of the rotor position by analyzing the first and second rotor positions.

머신은 해독된 회전자 위치에 따라서 스위치 수단을 동작시키는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명은 다수의 방법으로 실현될 수 있다. 이 중 일부를 첨부 도면을 참조하여 실시예를 통해 기술한다. The machine preferably comprises means for operating the switch means in accordance with the decrypted rotor position. The present invention can be realized in a number of ways. Some of these will be described through embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 5에 있어서, 스위치드 자기저항 머신 시스템은 고정자(46)에서 회전하도록 장착된 회전자(44)를 갖는 자기저항 머신(42)을 구비한다. 이 고정자는 상기 언급된 바와 같이 개별적으로 여자 가능한 2개 이상(경우에 따라서는 3개)의 위상 권선(48)을 갖는다. In FIG. 5, the switched magnetoresistive machine system includes a magnetoresistive machine 42 having a rotor 44 mounted to rotate in the stator 46. This stator has two or more (possibly three) phase windings 48 which are individually excitable as mentioned above.

각각의 위상 권선에 종래의 스위치 장치(50)가 접속된다. 명확히 나타내기 위해 도 5에는 개략적으로 도시된 스위치 장치에 단지 하나의 권선만이 접속된 것으로 도시되어 있다. 이 스위치 장치는 전원 공급기(52)로부터의 DC 공급 전압 V 의 인가를 제어한다. A conventional switch device 50 is connected to each phase winding. For the sake of clarity, only one winding is shown in FIG. 5, which is schematically shown in the switch arrangement. This switch device controls the application of the DC supply voltage V from the power supply 52.

이 스위치 장치는 홀이펙트(Hall-effect) 소자와 같은 전류 감지 소자(56)에 의해 한 쌍의 권선(48) 각각으로부터 전류 정보(ⅰ,ⅰ')를 수신하도록 프로그램된 응용 주문형 집적회로(ASIC)를 구비하는 제어기(54)에 의해 제어된다. 이 ASIC 은 아날로그/디지탈 변환기(58)와 룩-업(look-up) 테이블 메모리(60)에 접속된 것으로서 개념적으로 도시되어 있다. 실제, 시스템은 2개의 전류 신호 사이에서 다중화된 하나의 A/D 채널을 이용하거나, 2개의 전용 채널을 이용하거나, 각각의 전류 트랜스듀서를 이용할 수 있다. 이러한 시스템은 공지되어 있다. 전류 트랜스듀서는 이 시스템에서 다른 전류 모니터링 기능에 유용한 신호를 편리하게 공급할 수도 있다. This switch device is an application specific integrated circuit (ASIC) programmed to receive current information from each of a pair of windings 48 by a current sensing element 56, such as a Hall-effect element. Is controlled by a controller 54 having This ASIC is conceptually shown as being connected to an analog / digital converter 58 and a look-up table memory 60. In practice, the system can use one A / D channel multiplexed between two current signals, use two dedicated channels, or use each current transducer. Such systems are known. Current transducers can also conveniently provide signals useful for other current monitoring functions in the system.

A/D 변환기(58)는 소자(56)에 의해 감지된 전류값을 나타내는 신호를 디지탈화하도록 구성되나, 룩-업 테이블은 검출된 전류값을 회전자 각으로 변환하기 위해 ASIC 에 의해 액세스된다. 소정 전류에 대한 회전자 각의 값은 머신에 따라 다르지만, 위상 구조는 거의 유사하다는 가정에 근거하여 양 위상에서 검출된 전류에 대해 공통이어야 한다. 그러나, 각 위상에 대한 개별 룩-업 테이블은 위상 특성이 크게 상이하게 될 때 사용될 수 있다. The A / D converter 58 is configured to digitize the signal indicative of the current value sensed by the element 56, but the look-up table is accessed by the ASIC to convert the detected current value into the rotor angle. The value of the rotor angle for a given current varies from machine to machine, but should be common for the currents detected in both phases based on the assumption that the phase structure is nearly similar. However, separate look-up tables for each phase can be used when the phase characteristics become significantly different.

ASIC 은 상기 언급된 바와 같이 저속(쵸핑) 제어 모드와 고속(단일 펄스) 제어 모드를 구동시키도록 프로그램되며, 그 시동 방법은 이하에 개시된다. ASIC 의 제어 기능은 프로그램된 소프트웨어에 기초한다는 것은 알 수 있을 것이다. 따라서, 그 동작은 도 9의 흐름도(이하 설명됨)에 의해 부분적으로 개시된다. 머신이 저속으로 동작할 때, 회전자 위치는 소정 크기의 쇄교 자속의 진단 펄스를 비활성(휴지) 위상 권선에 인가함으로써 판정될 수 있다. 이 쇄교 자속은 권선에 인가된 기전력(emf)에 대한 시간 적분함수, 즉 다음의 수학식 1이 된다. The ASIC is programmed to drive the low speed (chopping) control mode and the high speed (single pulse) control mode as mentioned above, the starting method of which is described below. It will be appreciated that the control function of the ASIC is based on programmed software. Thus, its operation is partially initiated by the flowchart of FIG. 9 (described below). When the machine is running at low speeds, the rotor position can be determined by applying a diagnostic pulse of the intersecting flux of a predetermined magnitude to the inactive (resting) phase winding. This linkage flux becomes the time integration function for the electromotive force emf applied to the winding, i.e.

Figure 111999017341501-pat00001
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여기서 Ψ는 코일의 쇄교 자속이다. V 는 유효 공급 전압(전압 변환기 50 에서의 임의의 전압 강하보다 작다)이고, i 는 코일 전류이며, R 은 코일 저항값이다. 전류는 인가된 쇄교 자속 펄스에 따른 각 위상 권선에서 전류 감지 소자(56)에 의해 검출된다. (V-iR)을 적분처리하는 것은 공지된 방법에 따라 ASIC 에서 수행될 수 있다. 따라서, 전원 공급기(52)로부터 전압이 인가되고, 적분의 증가값을 모니터링하며, 쇄교 자속이 미리 결정된 값에 도달하게 되면 전압을 제거함으로써 진단 펄스가 발생된다. 쇄교 자속과 전류값을 알게 됨으로써, 테이블(60)내에서 회전자 위치가 조사되어 이들 값에 대응하는 회전자각의 값을 제공할 수 있게 된다. 권선 저항 R 이 작다면, 상기 수학식 1에서의 iR 항은 실제로는 무시될 수 있다.
저속 모드는 진단 펄스를 비활성 위상에 인가하는 방법을 이용한다. 쇄교 자속의 펄스가 소정값에 도달하게 되면, 전류가 기록되고 위상은 턴오프된다. 이 고정된 자속에 대한 회전자 각에 대해 전류 테이블로부터 회전자의 위치가 판독될 수 있다. 쇄교 자속이 제로로 감소된 경우, 다음의 펄스가 개시되고, 그 과정이 반복된다. 펄스의 반복율은 시스템 설계자가 선택할 사항이다. 즉, 펄스가 고정된 주파수로 인가되고, 또한 이전 펄스의 측정이 완료되자마자 새로운 펄스가 개시될 수 있으며, 회로는 새로운 측정을 시작할 준비가 된다. 일반적으로 말해서, 쇄교 자속 펄스는 머신의 피크 쇄교 자속의 약 5% 내지 10% 의 피크값을 갖는다. 특히, 그 값이 작으면, 측정 노이즈에 기인한 오류가 생기게 될 것이다. 또 그 값이 크면, 발생되는 음의 토크에 기인한 음향 노이즈 및/또는 감소 출력이 생기게 될 것이다. 게다가, 펄스를 더 크게 하면, 피크값에 도달하게 되는 시간이 더 많이 걸리게 되고, 따라서 그 연산 위치가 불명확하게 된다. 피크 쇄교 자속값은 그 환경에 적절하도록 선택되어야 한다. 주지할 것은, 고정된 전류 높이 펄스를 이용하고, 위치/쇄교 자속 테이블로부터 위치를 판독하기 위해 관련된 쇄교 자속을 판독하는 것이 가능하다는 것이다.
Where Ψ is the linkage flux of the coil. V is the effective supply voltage (less than any voltage drop in voltage converter 50), i is the coil current, and R is the coil resistance. The current is detected by the current sensing element 56 in each phase winding in response to the applied flux pulses. Integrating (V-iR) can be performed in an ASIC according to known methods. Thus, a voltage is applied from the power supply 52 to monitor the increase value of the integral, and when the linkage flux reaches a predetermined value, a diagnostic pulse is generated by removing the voltage. By knowing the linkage flux and current values, the rotor position in the table 60 can be investigated to provide values of the rotor angle corresponding to these values. If the winding resistance R is small, the iR term in Equation 1 can actually be ignored.
The slow mode utilizes a method of applying a diagnostic pulse to an inactive phase. When the pulse of the linkage flux reaches a predetermined value, the current is recorded and the phase is turned off. The position of the rotor can be read from the current table for the rotor angle with respect to this fixed magnetic flux. When the linkage flux is reduced to zero, the next pulse is started and the process is repeated. The repetition rate of the pulses is a choice for the system designer. That is, a pulse is applied at a fixed frequency and a new pulse can be started as soon as the measurement of the previous pulse is completed, and the circuit is ready to start a new measurement. Generally speaking, the linkage flux pulses have a peak value of about 5% to 10% of the peak linkage flux of the machine. In particular, if the value is small, there will be an error due to measurement noise. Larger values will result in acoustic noise and / or reduced output due to the negative torque generated. In addition, the larger the pulse, the longer it takes to reach the peak value, and the computation position becomes unclear. The peak chain flux value should be chosen to be appropriate for the environment. Note that, using a fixed current height pulse, it is possible to read the associated linkage flux to read the position from the position / linkage flux table.

모터링 동작을 위해, 펄스는 감소하는 인덕턴스 영역에 위치한다. 발전 동작을 위해, 펄스는 상승하는 인덕턴스 영역에 위치하게 된다. 머신의 인덕턴스 프로파일이 대칭이면, 최대 또는 최소 인덕턴스 각에 대해 간단히 생각해 보면 각각의 모드에 대한 정확한 위치가 나올 것이기 때문에 한 세트의 위치에 대한 전류 데이터만 저장시키면 된다. 도 6에는 이 시스템이 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 LA, LB 및 LC 는 3상 머신의 이상적인 인덕턴스 프로파일을 나타낸다. 또 Exc A, Exc B 및 Exc C 는 모터링 동작에 대한 여기각을 나타내고, 영역 D 는 위상이 진단될 수 있는 범위의 회전자각을 나타낸다. For motoring operation, the pulse is located in the decreasing inductance region. For power generation operation, the pulses are placed in the rising inductance region. If the inductance profile of the machine is symmetrical, simply think about the maximum or minimum inductance angle and you will get the exact location for each mode, so you only need to store the current data for one set of locations. This system is shown schematically in FIG. 6, where LA, LB and LC represent the ideal inductance profiles of a three phase machine. Exc A, Exc B and Exc C represent the excitation angles for the motoring operation, and the region D represents the rotor angle in the range in which the phase can be diagnosed.

쇄교 자속을 연산하는 다른 방법도 있다. 수학식 1에 주어진 적분함수는 스위치 양단의 전압 강하와 권선의 저항 양단의 전압 강하를 정확하게 연산된다. 그러나, 각각의 위상 권선의 양단의 전압을 감지하는 것이 필요하다. 많은 응용에 있어서, 이 방법은 스위치가 온인지 프리휠인지 또는 오프인지에 의해 적분기를 제어하여 DC 링크 전압을 적분함으로써 간단히 수행될 수 있다. 비록 이 방법이 수학식 1의 방법에 비해 덜 정확하다 하더라도, 이 방법은 단지 하나의 전압 감지기만을 필요로 하기 때문에 요구되는 하드웨어의 양을 감소시킬 수 있다. There is another way to calculate the linkage flux. The integral function given in Equation 1 accurately calculates the voltage drop across the switch and the voltage drop across the resistance of the winding. However, it is necessary to sense the voltage across both phase windings. In many applications, this method can be performed simply by integrating the DC link voltage by controlling the integrator by whether the switch is on, freewheel, or off. Although this method is less accurate than the method of Equation 1, this method requires only one voltage sensor, thus reducing the amount of hardware required.

쇄교 자속 펄스의 피크는 미리 결정된 머신 속도에 대해 도 6에 도시된 영역 D 에서 발생되는 것이 바람직하다. 물론, 휴지 상태에서, 펄스 주기는 문제가 되지 않는다. 그러나, 속도가 증가함에 따라, 영역 D로 표시된 동일한 각이 더 짧은 시간에 해당될 것이라는 사실을 고려하여야 한다. 따라서, 진단 펄스의 피크값이 머신 속도에 따라 변하지 않는다면, 진단 펄스의 피크값은 바람직한 쇄교 자속 레벨을 설정할 정도록 충분히 길어야 하고, 가장 빠른 머신 속도에서도 이용할 수 있을 정도로 충분히 짧아야 한다. 2개 이상의 펄스를 영역 D 에 인가하는 시간은 충분한 것이 바람직하므로, 각각의 진단 주기에서 여러번의 위치 측정이 가능하다. 한세트의 측정값을 조사함으로써 이하에 기술된 바와 같이 미리 결정된 중요한 오류의 영향을 줄일 수 있다. 동일한 진단 주기에서 여러번 측정함으로써, 예컨대 머신 속도가 변하는 경우 유용한 결과에 이용될 수 있는 갱신된 위치 정보를 제공할 수도 있다. The peak of the linkage flux pulse is preferably generated in region D shown in FIG. 6 for a predetermined machine speed. Of course, at rest, the pulse period is not a problem. However, as the speed increases, it must be taken into account that the same angle represented by the area D will correspond to a shorter time. Thus, if the peak value of the diagnostic pulse does not change with the machine speed, the peak value of the diagnostic pulse should be long enough to set the desired linkage flux level and short enough to be available even at the fastest machine speed. It is preferable that the time for applying two or more pulses to the area D is sufficient, so that several position measurements can be made in each diagnostic period. Examining a set of measurements can reduce the impact of a predetermined critical error, as described below. By measuring several times in the same diagnostic cycle, it is also possible to provide updated positional information that can be used for useful results, for example if the machine speed changes.

이와 반대로, 고속 모드는 활성 위상을 조사하고, 인덕턴스 사이클당 단지 하나의 위상으로부터 데이터를 취한다. 각의 기준점은 이미 정해져 있으며, 전류 및 쇄교 자속이 이 기준점에서 측정된다. 측정되고 예상된 쇄교 자속간의 임의의 오류는 위치 오류를 유도하여 교정된 위치 추정값을 이끌어내는데 사용된다. 이 구조는 도 7에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 LA, LB 및 LC 는 3상 머신의 이상적인 인덕턴스 프로파일을 나타내고, Ref A, Ref B 및 Ref C 는 모터링 동작에서 3상에 대한 기준각을 나타낸다. 저속 모드인 경우, 모터링 동작 및 발전 동작은 인덕턴스 프로파일의 대칭을 이용함으로써 제공될 수 있다. In contrast, fast mode examines the active phase and takes data from only one phase per inductance cycle. The reference point for the angle is already defined and the current and the linkage flux are measured at this reference point. Any error between the measured and anticipated linkage fluxes is used to derive the position error and derive a calibrated position estimate. This structure is shown schematically in FIG. 7 where LA, LB and LC represent the ideal inductance profiles of a three phase machine and Ref A, Ref B and Ref C represent the reference angles for the three phases in the motoring operation. . In the low speed mode, the motoring operation and the generating operation can be provided by utilizing the symmetry of the inductance profile.

저속 모드 또는 고속 모드에 있어서, 위치의 추정값은 속도 및/또는 가속의 연산에 기초하여 이용될 수 있다. In the low speed mode or the high speed mode, an estimate of the position may be used based on the calculation of speed and / or acceleration.

저속 및 고속 모드는 성공적인 동작을 위해 회전자 위치에 대해 적어도 근접한 개시 정보가 있어야 한다. 저속 모드에 있어서, 진단 펄스의 인가에 대한 적절한 영역을 찾아야 하며, 고속 모드에 있어서 쇄교 자속 및 전류 측정은 위치 오류가 작은 기준각에 충분히 근접하게 얻을 수 있어야 한다. 그러나, 머신이 휴지 상태이거나 속도가 제어되지 않는 경우 또는 위치 데이터의 손실로 인해 부하나 제어 시스템에 일시적인 장애가 생긴 경우, 위치에 대한 근사(approximate) 정보는 존재하지 않으며, 시스템은 자발적으로는 재동기화될 것같지는 않다. 저속 및 고속에서의 종래의 제어 방법은 머신을 시동시키는 신뢰할만한 방법을 제공하지 못하고, 또한 위치 검출의 손실이 일시적으로 발생된 경우 동작을 회복시키는 방법을 제공하지 못한다는 점에서 여러가지 문제점을 갖고 있다.The low speed and high speed modes must have at least close start information about the rotor position for successful operation. In the low speed mode, a suitable area for application of the diagnostic pulse should be found, and in the high speed mode, the linkage flux and current measurement should be able to be obtained close enough to the reference angle with small position error. However, if the machine is at rest, the speed is not controlled, or if the load or control system is temporarily interrupted due to loss of position data, there is no approximate information about the position, and the system voluntarily resynchronizes. It is unlikely to be. Conventional control methods at low and high speeds have various problems in that they do not provide a reliable method of starting the machine, and also do not provide a method of restoring operation in the event of a loss of position detection. .

만일 회전자 위치에 대한 정보가 존재하지 않고 권선의 여기를 시동(또는 재시동)할 필요가 있다면, 진단 펄스는 도 8에 도시된 바와 같이, 예컨대 위상 A 와 같은 위상에 인가될 수 있다. 그러나 전류와 후속되는 연산, 즉 A2 의 측정은 A1 의 위치에 대응하기 때문에 불명확한 것이 있다. 그러나 위상 B의 동시 측정이 이루어진다면, 위치 B1 및 B2 가 발견된다. 어느 하나의 각에는 고유 위치가 존재하여야 하기 때문에, 매칭(A2 및 B1)되는 2개의 점에서만 정확하게 되고 따라서 회전자 위치가 판정된다. 이것은 실제로 동시에 이루어지는 측정에 기초를 두고 있어서, 사용된 어떠한 진단 펄스가 실질적으로 동일한 시간에 미리 결정된 값에 도달되었는지가 중요하게 된다. 이 조건은 쇄교 자속의 펄스가 사용될 때 구현된다. 왜냐하면, 실질적으로 일정한 DC 버스로부터 구동이 이루어질 때 미리 결정된 쇄교 자속에 도달하기 위해 권선에 필요한 시간은 위상이 권선수와 저항에서 동일한 경우 버스 전압에 의해 유효하게 결정되기 때문이다. 이러한 이유로 인해, 고정된 전류값 펄스를 이용하는 종래 기술은 동시에 시동된다고 하더라도 적절하지 못하며, 상이한 시간에 소정값에 도달하기 때문에 위치 연산에 오류가 발생하게 된다. If there is no information about the rotor position and needs to start (or restart) the excitation of the winding, a diagnostic pulse can be applied to a phase such as, for example, phase A, as shown in FIG. However, the current and subsequent calculations, i.e. the measurement of A2, are unclear because they correspond to the position of A1. However, if simultaneous measurements of phase B are made, then positions B1 and B2 are found. Since a unique position must exist at either angle, it is accurate only at the two points to be matched (A2 and B1) and therefore the rotor position is determined. This is based on measurements made at the same time in practice, so it becomes important that any diagnostic pulses used have reached a predetermined value at substantially the same time. This condition is realized when a pulse of linkage flux is used. This is because the time required for winding to reach a predetermined linkage flux when driving from a substantially constant DC bus is effectively determined by the bus voltage when the phase is equal in number of turns and resistance. For this reason, the prior art using a fixed current value pulse is not suitable even if started at the same time, and an error occurs in position calculation because it reaches a predetermined value at different times.

회전자 위치를 판정하는 방법은 ASIC 내의 소프트웨어의 일부를 나타내는 도 9의 흐름도에 나타나 있다. The method of determining the rotor position is shown in the flow chart of FIG. 9 showing a portion of software in the ASIC.

상기 방법을 효율적으로 구현하기 위해, 위상에서의 쇄교 자속은 일부 잔류 쇄교 자속에 의해 잘못된 개시점으로부터 적분 처리가 개시되기 때문에 제로로부터 개시되어야 한다. 이 프로그램은 가장 최근의 스위치 동작으로부터 시간을 액세스함으로써 머신이 지금 막 동작하였는지의 여부를 나타내는 블록 70 에서 개시한다. 만일 권선 전류(및 쇄교 자속)에 대한 가장 최근의 스위칭 동작이 제로로 된 후 충분히 긴 기간이 경과되었다면, 프로그램은 블록 72 로 진행한다. 만일 경과된 시간이 충분하지 않다면, 권선에서의 전류 및 자속에 대한 시간이 감소되는 것을 허용하기 위해 블록 72 에 앞서 블록 73 에서 지연이 실행된다. In order to implement the method efficiently, the linkage flux in the phase must be started from zero because the integral process is initiated from the wrong starting point by some residual linkage flux. The program begins at block 70 indicating whether the machine has just been operated by accessing time from the most recent switch operation. If a sufficiently long period has elapsed since the most recent switching operation for the winding current (and the linkage flux) became zero, the program proceeds to block 72. If the elapsed time is not sufficient, a delay is performed in block 73 prior to block 72 to allow time for current and magnetic flux in the windings to be reduced.

블록 72 에서, 진단 쇄교 자속 펄스는 스위치 장치를 적절하게 동작시킴으로써 2개의 머신 위상에 인가된다. 소정 쇄교 자속의 펄스는 스위치 장치의 동작에 의해 발생하여 2개의 권선에 동시에 그리고 동일 기간 동안 DC 전압이 인가된다. 블록 72에 따라, 2상 권선에서의 전류는 전류 감지 소자에 의해 검출되고, 진단 펄스의 끝에서, 제어기(54) 내의 A/D 변환기(58)에 의해 한 쌍의 디지탈 값으로 변환된다. 제어기(54)의 룩-업 테이블(60)은 블록 74 에서 ASIC 에 의해 검출된 전류값을 이용하여 액세스됨으로써, 검출된 전류값이 미리 결정된 쇄교 자속 펄스값에 대해 발생될 모니터링된 위상에 대해 각각의 위상 인덕턴스 사이클에서의 2개의 각위치를 제공하게 된다. 저장 공간을 마련하기 위해, 각각의 전류값에 대한 단지 하나의 각의 값만 저장하고, 다른 각들을 이끌어내기 위해 자기의 대칭 특성을 이용하는 것이 가능하다. In block 72, a diagnostic linkage flux pulse is applied to the two machine phases by operating the switch device properly. Pulses of a predetermined linkage flux are generated by the operation of the switch device so that the DC voltage is applied to the two windings simultaneously and during the same period. According to block 72, the current in the two-phase winding is detected by the current sensing element and converted at the end of the diagnostic pulse to a pair of digital values by the A / D converter 58 in the controller 54. The look-up table 60 of the controller 54 is accessed using the current value detected by the ASIC in block 74, so that the detected current value is for each monitored phase to be generated for the predetermined linkage flux pulse value, respectively. It provides two angular positions in the phase inductance cycle of. In order to make a storage space, it is possible to store only one angle value for each current value and use its symmetry characteristic to derive the other angles.

상기 언급된 바와 같이, 각각의 위상에 대해서 한 쌍의 전류값의 조합에 대응하는 고유 위치가 존재한다. 따라서, 한 쌍의 각위치 중 어느 것을 단일 위상의 전류값으로 표시하는 것에 관해서는 모호성이 있지만, 한 쌍의 위상에서의 전류값들을 조합하면 실질적으로 일치하는 단 하나의 회전자 각을 얻게 될 것이다. 그 이유는, 다른 전류값들은 각각의 회전자 위치 사이클에서의 상이한 위치를 나타낼 것이기 때문이다. 따라서, ASIC 은 가능한 회전자 각을 비교하고, 전류 판독에 공통인 각을 선택하도록 프로그램된다. 그래서 ASIC 은 허용 레벨 내의 서로 근접한 각들을 수용하기 위한 여러개의 방법중에서 임의의 하나로 프로그램될 수 있다. As mentioned above, there is a unique position corresponding to the combination of a pair of current values for each phase. Thus, while it is ambiguous to indicate which of the pair of angular positions is the current value of a single phase, combining the current values in the pair of phases will yield only one rotor angle that is substantially consistent. . The reason is that different current values will represent different positions in each rotor position cycle. Thus, the ASIC is programmed to compare the possible rotor angles and select the angle common to the current reading. Thus, the ASIC can be programmed in any one of several ways to accommodate angles close to each other in the tolerance level.

블록 75에서 ASIC 은 계산된 회전자각에 기초하여 여자하기 위한 적절한 위상을 판정하도록 프로그램된다. 여자시킬 위상에 관한 판정은 다른 위상들에 우선하는 하나의 위상에 대해서 (원하는 회전 방향으로의) 최상의 토크 발생 위치에 있는 회전자폴 위치에 기초한다. 이 판정에 기초하여, 블록 76에서 여기를 위한 위상 권선에 공급 전압 V를 인가하도록 적절한 스위치가 동작한다. 이어서, ASIC 은 블록 77에서 ASIC 내의 다른 소프트웨어 루틴으로 모터의 정상적인 제어를 넘겨준다. 본 발명에 의해 회전자 위치가 설정된다. 모니터링된 위상에서 취해질 정확한 판독을 적절하기 수행하도록 권선의 전류 및 자속이 감소되기 위해 경과되는 시간이 충분하기만 하면 회전자가 동작중이거나 동작하지 않는 때에도 회전자 위치가 설정될 수 있다. In block 75 the ASIC is programmed to determine an appropriate phase to excite based on the calculated rotor angle. The determination as to which phase to excite is based on the rotor pole position at the best torque generating position (in the desired direction of rotation) relative to one phase over the other phases. Based on this determination, an appropriate switch is operated at block 76 to apply the supply voltage V to the phase winding for excitation. The ASIC then transfers the normal control of the motor to other software routines in the ASIC at block 77. The rotor position is set by the present invention. Rotor position can be set even when the rotor is on or off as long as sufficient time has elapsed to reduce the current and magnetic flux of the winding to properly perform the correct reading to be taken in the monitored phase.

무센서 위치 검출 시스템은 전력 스위칭 소자에 근접한 전기적으로 잡음이 많은 환경, 즉 쇄교 자속 및 전류 측정값이 오류가 될 수 있고 오류가 있는 위치 데이터를 연산하게 되는 그런 환경에서도 동작할 수 있어야 한다. 시스템의 안정성을 향상시키기 위해, 연산된 위치 데이터의 유효성을 검사하는 방법이 개발되고 있다. 새로운 위치가 연산될 때마다, 위치, 시간 및 속도값이 저장될 수 있다. 최종의 n 저장값을 이용하여, 새롭게 연산된 값과 비교를 위해 예측 위치가 외삽법에 의해 계산될 수 있다. 만일 새롭게 계산되고 예측된 값이 소정값 내에 있지 않게 되면, 에러 카운트가 증분되고, 계산된 값 대신에 예측값이 사용된다. 또, 새롭게 계산된 예측값이 소정값 내에 있으면, 에러 카운트가 감소되고 그 계산된 값이 사용된다. 정지 상태에서, 반복 횟수는 제한될 수 있지만, 회전자 위치를 검사하는데 여전히 이용될 수 있다. Sensorless position detection systems must be able to operate in electrically noisy environments close to power switching devices, such as where linkage flux and current measurements can be error prone and compute faulty position data. In order to improve the stability of the system, a method of validating the calculated position data has been developed. Each time a new position is computed, the position, time and velocity values can be stored. Using the last n stored values, the prediction position can be computed by extrapolation for comparison with the newly computed values. If the newly calculated and predicted value is not within the predetermined value, the error count is incremented and the predicted value is used instead of the calculated value. In addition, if the newly calculated predicted value is within the predetermined value, the error count is reduced and the calculated value is used. In the stationary state, the number of repetitions can be limited, but can still be used to check the rotor position.

특히, 연속적인 측정 사이클에서의 정규 동작을 하는 경우, 위치 데이터의 신뢰성이 구축된다. 만일 에러 카운트가 예컨대 5와 같은 소정값을 초과하여 연속하는 계산이 일치하는 않는 경우, 제어 시스템은 회전자의 진정한 위치와 일치하지 않는다는 것을 판단하여 어떤 심각한 사건이 발생하기 전에 머신의 여기를 방지(또는 차단)할 수 있다. 값들을 저장하고 외삽법으로 계산하는 것은 임의의 수단으로 실행할 수 있지만, 디지탈 저장장치에 의해 저장되는 것이 통상적이다. n 의 값을 8 로 함으로써 시스템 안정성과 저장 공간과의 양호한 조화가 이루어지는 것을 알게 되었다. In particular, in the case of regular operation in successive measurement cycles, the reliability of the position data is established. If the error count exceeds a predetermined value such as, for example, 5, the successive calculations do not match, the control system determines that it does not match the true position of the rotor to prevent the excitation of the machine before any serious event occurs. Or block). Storing and extrapolating the values can be done by any means, but is typically stored by digital storage. By setting the value of n to 8, it was found that a good balance between system stability and storage space was achieved.

본 발명에 따른 방법에서의 이러한 개념은 블록 78에 따라 되돌아가서 블록 72 및 블록 74를 반복함으로써 수행된다. 상기에 언급된 바와 같이, 이러한 반복 과정은 회전자 위치를 설정 또는 재설정할 때 뿐만 아니라 동작중인 머신에서의 회전자 위치 진단에서도 실현될 수 있다. This concept in the method according to the invention is performed by returning according to block 78 and repeating block 72 and block 74. As mentioned above, this iterative process can be realized not only when setting or resetting the rotor position but also in the rotor position diagnosis in a running machine.

따라서, 위상에 여기를 인가하지 전에 (n+1)번째 측정값의 신뢰성을 검사하는 것에 기초하여 일련의 n개의 측정값을 제공하는데 사용될 수 있다. 이들 측정값은 연속 펄스로부터 취해질 수 있다. Thus, it can be used to provide a series of n measurements based on checking the reliability of the (n + 1) th measurement before applying excitation to the phase. These measurements can be taken from continuous pulses.

본 발명에 따른 방법은 위치 데이터의 손실이 발생할 때마다 이용될 수 있으며, 진단을 위해 2상의 이용이 실현될 것이다. 속도를 제로로부터 개시할 때나 동작중일 때, 이들 조건은 즉시 성취된다. 만일 위치 데이터의 갑작스런 손실이 발생하는 부하나 제어 시스템에서 일시적인 장애가 발생한다면, 모든(또는 적어도 2개) 위상으로부터 여기를 제거하고 위상 전류가 제로로 감소되기 위한 충분한 시간을 허용함으로써 상기 조건이 수행될 수 있다. 예를 들어, 피크 쇄교 자속이 추정될 수 있고, 피크 쇄교 자속이 제로로 감소되기 위한 시간이 추정되거나 전류 트랜스듀서에 의해 전류가 모니터링될 수 있다. 따라서 필요한 위치 데이터를 발생시키기 위해 상기 언급된 바와 같이 2상이 진단될 수 있고, 요구되는 방향에서 필요한 토크를 발생시키기 위해 위상에 적절한 여기가 인가될 수 있다. The method according to the invention can be used whenever a loss of position data occurs, and the use of two phases for the diagnosis will be realized. When starting at zero speed or in operation, these conditions are achieved immediately. If a transient failure occurs in a load or control system where sudden loss of position data occurs, the condition may be performed by removing excitation from all (or at least two) phases and allowing sufficient time for the phase current to be reduced to zero. Can be. For example, the peak linkage flux can be estimated, and the time for the peak linkage flux to be reduced to zero can be estimated or the current can be monitored by the current transducer. Thus two phases can be diagnosed as mentioned above to generate the required position data, and appropriate excitation can be applied to the phases to generate the required torque in the required direction.

또한, 데이터의 신뢰성을 검사하는 시스템은 상기 언급된 바와 같이, 머신이 동작중일 때 사용되며, 시동할 때에는 무시될 수 있으며, 2상에서의 한 쌍의 측정값이 상기 언급된 바와 같이 수행된다. 또, 요구되는 쇄교 자속에 도달한 후에 권선이 프리휠 상태가 되면, 연속 측정값은 하나의 확장된 펄스로부터 취해질 수 있다. In addition, a system for checking the reliability of the data is used when the machine is in operation, as mentioned above, can be ignored when starting up, and a pair of measurements in two phases is performed as mentioned above. In addition, if the winding is in the freewheel state after reaching the required linkage flux, the continuous measurement can be taken from one extended pulse.

상기의 설명은 전류값에 대한 회전자각의 룩-업 테이블을 이용하는 시스템에 기초를 두고 있다. 이것은 제어 시스템의 디지탈 구현에 유용하다. 그러나, 쇄교 자속이 진단용으로 사용될 때 전류와 회전자각 사이의 관계를 나타내는 형식으로 측정된 전류값을 인가함으로써 위치를 판정하는 아날로그식 방법도 똑같이 이용될 수 있다. 이러한 방법은 만일 디지탈 저장장치가 제한되고 소용량 테이블이 수용될 수 없는 높은 양자화 오류를 발생시키는 경우 룩-업 테이블에 비해 바람직할 것이다. 임의의 아날로그식 표현이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 1990년 11월, Proc IEE Pt B, Vol 137, NO 6, pp 337-347 에 밀러(Miller) 등에 의한 「Nonlinear theory of the switched reluctance motor for rapid computer-aided design」에 개시된 Frohlich 관계, 또는1998년 9월 2-4일, 터키의 이스탄불에서 열린 ICEM'98 Internationan Conference on Electrical Machines 에서 Vol 3, pp 1674-1679 에, 피론(Piron)에 의한 「The application of magnetic gauge curves to linear motion solenoid actuators and rorary doubly salient reluctance machines」에 개시된 게이지 커브(gauge curve)의 사용에 이용될 수 있다. The above description is based on a system using a look-up table of rotor angles for current values. This is useful for digital implementation of control systems. However, the analog method of determining the position by applying the measured current value in a form representing the relationship between the current and the rotor angle when the linkage flux is used for diagnosis can also be used. This method would be desirable over look-up tables if digital storage is limited and generates high quantization errors that small tables cannot accommodate. Any analog representation can be used, for example, in November 1990, Proc IEE Pt B, Vol 137, NO 6, pp 337-347 by Miller et al, `` Nonlinear theory of the switched reluctance motor for Rapid Computer-aided Design , or Vol 3, pp 1674-1679 at ICEM'98 Internationan Conference on Electrical Machines, Istanbul, Turkey, September 2-4, 1998, by Piron. The application of magnetic gauge curves to linear motion solenoid actuators and rorary doubly salient reluctance machines .

상기 실시예들은 3상 머신에 대하여 개시되어 있지만, 본 발명은 소정수의 극자를 갖는 다상의 스위치드 자기저항 머신에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 마찬가지로, 본 발명은 이동 가능한 부분("회전자"라고도 불림)이 선형으로 이동하는 선형 머신에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 기술분야의 당업자는 개시된 구성의 변형이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서 상기 개시된 실시예들은 예로써 나타낸 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명은 청구의 범위에 의해서만 제한될 것이다. Although the above embodiments are disclosed for a three phase machine, it will be appreciated that the present invention can be applied to a multiphase switched magnetoresistive machine having a predetermined number of poles. Likewise, the present invention can be applied to a linear machine in which a movable part (also called a "rotor") moves linearly. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that variations of the disclosed constructions are possible without departing from the scope of the invention. Accordingly, the disclosed embodiments are shown by way of example and not by way of limitation. The invention will be limited only by the claims.

본 발명에 의하면, 회전자, 고정자 및 2상 이상의 여자 가능한 권선을 갖는 다상의 스위치드 자기저항 머신에서 회전자 위치를 판정할 수 있어, 안정성과 신뢰성이 있으며 머신의 전체 속도 범위에서 동작하는 스위치드 자기저항 머신을 제공할 수 있다. According to the present invention, the rotor position can be determined in a multiphase switched magnetoresistive machine having a rotor, a stator, and two or more excitable windings, which is stable and reliable, and a switched magnetoresistance that operates over the entire speed range of the machine A machine can be provided.

Claims (37)

회전자, 고정자 및 2상 이상의 여자 가능한 위상 권선들을 포함하는 다상 스위치드 자기저항 머신에서 회전자 위치를 판정하는 방법으로서,A method of determining rotor position in a multiphase switched magnetoresistive machine comprising a rotor, a stator and two or more excitable phase windings, 미리 결정된 쇄교 자속(flux linkage)의 제1 진단 펄스를 상기 2상 이상의 여자 가능한 위상 권선들 중 하나의 위상 권선에 인가하는 단계와,Applying a first diagnostic pulse of a predetermined flux linkage to a phase winding of one of the two or more excitable phase windings, 상기 제1 진단 펄스의 인가와 동시에 미리 결정된 쇄교 자속의 제2 진단 펄스를 상기 2상 이상의 여자 가능한 위상 권선들 중 다른 위상 권선에 인가하는 단계와,Applying a second diagnostic pulse of a predetermined linkage flux to another of the two or more excitable phase windings simultaneously with the application of the first diagnostic pulse; 상기 제1 진단 펄스의 검출된 특성으로부터 가능한 제1 회전자 위치들을 판정하는 단계와,Determining possible first rotor positions from the detected characteristic of the first diagnostic pulse; 상기 제2 진단 펄스의 검출된 특성으로부터 가능한 제2 회전자 위치들을 판정하는 단계와,Determining possible second rotor positions from the detected characteristic of the second diagnostic pulse; 상기 가능한 제1 회전자 위치와 제2 회전자 위치를 비교하여 회전자 위치들의 모호성을 해소하는 단계Comparing the possible first rotor position with the second rotor position to resolve the ambiguity of the rotor positions. 를 포함하는 회전자 위치 판정 방법.Rotor position determination method comprising a. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진단 펄스들의 검출된 특성은 상기 위상 권선 내의 전류인 것인, 회전자 위치 판정 방법.The method of claim 1, wherein the detected characteristic of the first and second diagnostic pulses is a current in the phase winding. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진단 펄스들의 검출된 특성의 값들의 범위의 각각에 대해 가능한 회전자 위치의 값들의 쌍들을 룩-업 테이블에 저장하는 단계를 포함하는 회전자 위치 판정 방법.The method of claim 1, comprising storing in the look-up table pairs of possible rotor position values for each of a range of values of the detected characteristic of the first and second diagnostic pulses. Rotor position determination method. 제1항 또는 제2항에 있어서, 룩-업(look-up) 테이블이 상기 검출된 특성의 각 값들에 대해 회전자 위치의 값들의 단일 쌍을 모터링(motoring) 및 발전(generating)을 위한 값으로 저장하는 것인, 회전자 위치 판정 방법. A motor according to claim 1 or 2, wherein a look-up table is provided for motoring and generating a single pair of values of rotor position for each of the values of the detected characteristic. The rotor position determining method. 제1항 또는 제2항에 있어서, 룩-업 테이블이 상기 제1 및 제2 진단 펄스들로부터 검출된 특성들의 값들의 범위의 각각에 대해 단일 회전자 위치값을 저장하고,The method of claim 1 or 2, wherein the look-up table stores a single rotor position value for each of a range of values of characteristics detected from the first and second diagnostic pulses, 상기 회전자 위치 판정 방법은 상기 스위치드 자기저항 머신의 자기 특성의 대칭성을 이용하여 상기 가능한 회전자 위치들의 다른 값을 추론하는 단계를 포함하는 것인, 회전자 위치 판정 방법. And the rotor position determination method comprises inferring another value of the possible rotor positions using the symmetry of the magnetic properties of the switched magnetoresistive machine. 제5항에 있어서, 상기 룩-업 테이블은 상기 검출된 특성의 값들에 대해 회전자 위치들의 단일 값을 모터링 및 발전을 위한 값들로 저장하는 것인, 회전자 위치 판정 방법.6. The method of claim 5, wherein the look-up table stores a single value of rotor positions for values of the detected characteristic as values for motoring and power generation. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모호성을 해소하는 단계는 상기 제1 및 제2 진단 펄스들로부터 검출된 특성들에 의해 나타난 가능한 회전자 위치들을 비교하여 상기 검출된 특성들에 의해 공통으로 나타난 회전자 위치를 선택하는 단계를 포함하는 것인, 회전자 위치 판정 방법. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the step of resolving ambiguity is commonly shared by the detected characteristics by comparing possible rotor positions represented by the characteristics detected from the first and second diagnostic pulses. And selecting the indicated rotor position. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진단 펄스들은 스위칭 수단의 구동에 의해 인가되는 것인, 회전자 위치 판정 방법. The rotor position determination method according to claim 1 or 2, wherein the first and second diagnostic pulses are applied by driving of a switching means. 제1항 또는 제2항에 있어서, 진단 펄스들의 연속적인 쌍들은 고정된 주파수로 인가되는 것인, 회전자 위치 판정 방법. The method of claim 1 or 2, wherein successive pairs of diagnostic pulses are applied at a fixed frequency. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진단 펄스들은 상기 위상 권선들 각각의 자속이 제로로 될 때만 인가되는 것인, 회전자 위치 판정 방법.3. The method of claim 1, wherein the first and second diagnostic pulses are applied only when the magnetic flux of each of the phase windings becomes zero. 4. 제11항에 있어서, 자속이 제로로 감쇠될 수 있도록 상기 제1 및 제2 진단 펄스들의 인가를 지연시키는 단계를 포함하는 것인, 회전자 위치 판정 방법. 12. The method of claim 11, comprising delaying the application of the first and second diagnostic pulses so that magnetic flux can be attenuated to zero. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전자 위치가 회전자 위치에 대한 제1 판정과 적어도 회전자 위치에 대한 제2 판정을 비교하여 검사되는 단계를 포함하는 것인, 회전자 위치 판정 방법. 3. The method of claim 1, wherein the rotor position is checked by comparing a first determination of the rotor position with a second determination of at least the rotor position. 4. . 제13항에 있어서, 상기 다상 스위치드 자기저항 머신은 상기 회전자 위치의 검사에 따라 구동되거나 또는 구동 해제되는 것인, 회전자 위치 판정 방법.The method of claim 13, wherein the multiphase switched magnetoresistive machine is driven or de-driven in accordance with the inspection of the rotor position. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전자 위치의 판정은 상기 회전자가 고정되어 있는 동안에 이루어지는 것인, 회전자 위치 판정 방법.The rotor position determination method according to claim 1 or 2, wherein the determination of the rotor position is performed while the rotor is fixed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전자 위치의 판정은 상기 회전자가 회전하는 동안에 이루어지는 것인, 회전자 위치 판정 방법.3. The rotor position determination method according to claim 1 or 2, wherein the determination of the rotor position is made while the rotor is rotating. 삭제delete 회전자, 고정자, 복수의 상들을 가지는 여자 가능한 권선들을 구비하는 머신과, 상기 복수의 위상들을 동작시키도록 구동 가능한 스위치 수단과, 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 위치를 유도하는 위치 검출 수단과, 회전자 위치에 따라 상기 스위치 수단을 구동시키는 수단을 포함하는 스위치드 자기저항 구동기로서,A machine having a rotor, stator, excitable windings having a plurality of phases, switch means operable to operate the plurality of phases, position detection means for inducing the position of the rotor relative to the stator, A switched magnetoresistive driver comprising means for driving said switch means in accordance with a rotor position, 상기 위치 검출 수단은,The position detecting means, 미리 결정된 쇄교 자속(flux linkage)의 제1 진단 펄스를 상기 복수의 위상들 중 하나의 위상에 인가하는 수단과,Means for applying a first diagnostic pulse of a predetermined flux linkage to one of the plurality of phases, 상기 제1 진단 펄스의 인가와 동시에 미리 결정된 쇄교 자속의 제2 진단 펄스를 다른 위상에 인가하는 수단과,Means for applying a second diagnostic pulse of a predetermined linkage flux to another phase simultaneously with the application of the first diagnostic pulse; 상기 제1 진단 펄스의 특성으로부터 가능한 제1 회전자 위치를 판정하고, 상기 제2 진단 펄스의 특성으로부터 가능한 제2 회전자 위치를 판정하는 수단과,Means for determining a possible first rotor position from the characteristic of the first diagnostic pulse, and determining a possible second rotor position from the characteristic of the second diagnostic pulse; 상기 가능한 제1 및 제2 회전자 위치를 분석하여 회전자 위치의 모호성을 해소시키는 수단Means for resolving ambiguity in rotor position by analyzing the possible first and second rotor positions 을 포함하는 것인, 스위치드 자기저항 구동기.To include, the switched magnetoresistive driver. 제18항에 있어서, 위상 권선에서의 상기 전류를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 전류 모니터를 포함하며,19. The apparatus of claim 18, comprising at least one current monitor configured to detect the current in the phase windings, 상기 제1 및 제2 진단 펄스들의 검출된 특성은 전류인 것인, 스위치드 자기저항 구동기.And wherein the detected characteristic of the first and second diagnostic pulses is a current. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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